Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.
6. Bipolární tranzistor
Dva PN přechody zády k sobě: NPN nebo PNP. Kdyby to byly opravdu jen dvě diody
spojené drátem, nefungovalo by to. Trik je v tom, že prostřední vrstva — báze — je
extrémně tenká a slabě dotovaná.
Emitor vystřelí do báze mrak elektronů. Báze je ale tenká a slabě dotovaná, takže se v ní stihne rekombinovat jen zlomek — zbytek prolétne až do kolektoru. Poměr „co proletělo" ku „co se zachytilo" je β, typicky 100 až 300. Celý proudový zisk je tedy geometrie, ne kouzlo: kdyby byla báze tlustá, β by bylo jedna.
Emitor vystřelí nosiče do báze. Kdyby byla báze tlustá, všechny by se v ní rekombinovaly
a odešly bázovým vývodem. Protože je tenká, drtivá většina ji prolétne a zachytí ji až
kolektor. Poměr obou proudů je proudový zesilovací činitel β:
IC = β · IB IE = IC + IB = (β+1)·IBproudové zesílení
β se nedá navrhovat. Katalog uvádí rozsah, například 100 až 300, a
mění se s teplotou i s proudem. Každý dobrý obvod je navržený tak, aby na přesné hodnotě β
nezáležel — a jak, je v kapitole 8. Kdo si napíše návrh, který funguje jen pro β = 200,
zjistí to při druhé sérii součástek.
Tři oblasti
oblast
přechod B–E
přechod B–C
chová se jako
závěr (cutoff)
závěrně
závěrně
rozpojený spínač
aktivní
propustně
závěrně
zdroj proudu řízený proudem
nasycení (saturace)
propustně
propustně
sepnutý spínač
Aktivní oblast je pro zesilovače, závěr a nasycení pro spínače. Zesilovač
pracuje uprostřed, spínač skáče mezi krajními stavy a uprostřed se nezdržuje — protože právě
uprostřed topí (kapitola 11).
Výstupní charakteristiky a Earlyho jev
U_CE = 5,8 V, I_C = 4,2 mA · aktivní — β je 210
Rodina výstupních charakteristik s zatěžovací přímkou položenou přes ni —
tentýž obrázek jako u diody, jen křivek je víc a vybírá mezi nimi proud báze. Posuň
RC: přímka se otočí a pracovní bod sjede po křivce. Posuň proud báze:
pracovní bod přeskočí na jinou křivku. Zvětši oboje dost a bod narazí na levou stěnu — to je
nasycení, a tam už zisk neplatí.
Křivky v aktivní oblasti nejsou vodorovné, mírně stoupají. Důvod: Earlyho jev —
s rostoucím UCE se rozšiřuje ochuzená oblast kolem přechodu B–C, tím se báze
zúží, méně nosičů se v ní rekombinuje a β nepatrně vzroste. Sklon se popisuje
Earlyho napětím VA: prodlouží-li se všechny křivky doleva, protnou vodorovnou
osu právě v −VA.
ro = VA + UCEIC ≈ VAICvýstupní odpor tranzistoru
Drobnost, kterou učebnice mlčky zaokrouhlují. Přesný sklon Earlyho
přímky je (VA + UCE)/IC, ne VA/IC. Při
UCE = 4 V a VA = 100 V je rozdíl 4 %. Testy k tomuhle nástroji používají
přesný tvar a ten obvyklý si nechávají jako kontrolu.
Ještě jedna věc, kterou obrázky v učebnicích zamlčují
Při UCE = 0 není proud kolektoru nula, ale záporný. Přechod B–C je pak
otevřený stejně jako B–E, takže proud teče do kolektoru dovnitř. Každý reálný měřič
charakteristik to ukáže; učebnicový obrázek začíná mlčky v počátku. Tenhle nástroj to kreslí,
jak to je, a má na to test.
Vzorce v této kapitole
β — proudový zesilovací činitel
I_C = β · I_B, I_E = (β + 1) · I_B[—]poměr transportovaného a rekombinovaného proudu; katalogový rozsah, ne konstanta